
Квантово-каскадные лазеры: исследования в области оптики
Современная лазерная оптика стоит на пороге значительных достижений благодаря исследованиям в области квантово-каскадных лазеров (ККЛ). В недавнем исследовании ученые изучили, как генерировать короткие лазерные импульсы с помощью когерентной синхронизации мод в ККЛ с быстрым временем релаксации. Это открытие может привести к новым возможностям в сверхбыстрой оптике, обеспечивая более надежные и мощные лазеры для различных приложений.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
- Павел Журавлев
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Круче, чем Севморпуть: Россия готовит масштабный проект в Арктике
Разветвленная транспортная и промышленная сеть должна возникнуть уже в ближайшие годы в российской Арктике. Ее ключевым звеном станет Северный морской путь, но...

Россия поднялась на новую технологическую ступень в авиации
В небо впервые взлетел опытный самолет «Суперджет» с отечественными двигателями ПД-8. Создание уже второго авиационного двигателя пятого поколения поднимает...

Российские ученые разработали станок с ЧПУ
Сотрудники Новосибирского технического университета (НГТУ НЭТИ) разработали станок с числовым управлением (ЧПУ), функционал которого позволяет объединять...

Страны БРИКС и ЕАЭС продолжат создавать независимую платежную инфраструктуру
Евразийский экономический союз (ЕАЭС) продемонстрировал в 2024 году хорошие результаты экономического развития. Совокупный валовой внутренний продукт (ВВП)...

Скоро в небе: Россия готовится к первому полёту импортозамещённого SJ-100
В России ожидается первый полёт полностью импортозамещённого пассажирского самолёта нового поколения Superjet. Событие станет значимым шагом в укреплении...

Известного советского разработчика систем управления ждет ликвидация
Государственная корпорация «Ростех» приступила к ликвидации «Научно-технического комплекса (НТК) "Ленэлектронмаш"», который во времена Советского...

Есть один российский самолет, за которым весь мир к нам в очередь встанет
Возможное возвращение Boeing на российский рынок должно подстегнуть авиапром, чтобы опять не оказаться у разбитого корыта...

«Норникель» и собственная электропечь: на пути к технологической независимости
В мире металлургии даже самые малозаметные детали могут сыграть ключевую роль в производственном процессе. Поэтому планы компании «Норникель» по созданию новой...

Притяжение МТК «Север – Юг»: на очереди – Ирак и Бахрейн
По итогам прошедшего в Багдаде 10-го заседания российско-иракской межправкомиссии по торгово-экономическому и научно-техническому сотрудничеству было подписано...

Путин сдержал обещание. ЕС переходит в режим выживания
Нефтеперерабатывающие заводы в Чехии боятся лишиться прибыли из-за прекращения поставок российской нефти и надеются получить недостающие объемы из госрезервов....

«Профсоюз олигархов» положил глаз на банковские вклады россиян
Имущий класс стремится закрепить свои права на остатки государственных «заводов и пароходов»...

Гигантский горячий океан в Сибири даст России дешевую энергию
Гигантский горячий подземный океан в Западной Сибири станет источником тепла и электроэнергии для российских городов. Учёные разработали схему гидротермальной...

Актуальные вопросы по страховым пенсиям: важные аспекты приостановок выплат
Страховая пенсия играет ключевую роль в системе пенсионного обеспечения в России, и в наше время многие граждане начинают более внимательно относиться к этому...

Судостроение и алюминий: российские реалии
Алюминий – этот легкий и, казалось бы, незаметный металл, который давно завоевал сердца (и суда) технических специалистов по всему миру. Судостроение и...

Промышленность на нуле: в РФ фиксируют переломный спад производства
Рост российской промышленности замедлился почти до нулевой отметки. Причинами спада производства стали санкции и инфляция...

«Мы вам доплатим, только возьмите машину из нашего салона — любую!»
Автодилеры начали скидочную кампанию, но время брать ещё не настало — нужно подождать...